(57)【要約】      （修正有）【課題】砥石の寿命を向上させること、加工速度を高速化すること。【解決手段】熱処理時にキャリアガスによって半導体ウエーハの外表面に形成された酸化膜のうち、該半導体ウエーハの外周面１ｃ，２ｃを覆う酸化膜部分と未接合部とを、砥粒粒度が異なる複数の砥石５ａ，５ｂを順次使って段階的に研削加工することにより、酸化膜部分を砥粒粒度の粗い砥石５ａで粗研削し、これに続いて、未接合部を砥粒粒度の細かい砥石５で仕上げ研削することが可能となり、それに伴って、これら砥粒粒度の異なる砥石５にかかる負荷が夫々軽減されるとともに、砥粒粒度の細かい砥石５による仕上げ研削で、半導体ウエーハの外周からチッピングが発生し難くなる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２枚の半導体ウエーハ（１，２）を密着し、これに熱処理を加えて接合させ、この接合された半導体ウエーハ（１，２）の外周に生じる未接合部（３）を研削加工により除去する半導体接合ウエーハの製造方法において、
前記熱処理時にキャリアガスによって半導体ウエーハ（１，２）の外表面に形成された酸化膜（４）のうち、該半導体ウエーハ（１，２）の外周面（１ｃ，２ｃ）を覆う酸化膜部分（４ａ）と前記未接合部（３）とを、砥粒粒度が異なる複数の砥石（５ａ，５ｂ）を順次使って段階的に研削加工することを特徴とする半導体接合ウエーハの製造方法。
【請求項２】
前記砥粒粒度が異なる複数の砥石（５ａ，５ｂ）を並べて配置し、これら複数の砥石（５ａ，５ｂ）と、前記接合された半導体ウエーハ（１，２）のいずれか一方を、該砥石（５ａ，５ｂ）の並び方向へ相対的に移動させることで、前記酸化膜部分（４ａ）及び前記未接合部（３）の研削加工を行う請求項１記載の半導体接合ウエーハの製造方法。
【請求項３】
前記未接合部（３）を研削加工後に、この研削加工による研削部（６）をエッチング液（７）でエッチング処理する請求項１又は２記載の半導体接合ウエーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエーハ基板同士を接合して、半導体接合ウエーハを製造する方法に関する。
詳しくは、少なくとも２枚の半導体ウエーハを密着し、これに熱処理を加えて接合させ、この接合された半導体ウエーハの外周に生じる未接合部を研削加工により除去する半導体接合ウエーハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の半導体接合ウエーハの製造方法として、デバイスが作製される側のボンドウエーハと、支持基板となるベースウエーハとを用意し、これらボンドウエーハ及びベースウエーハ同士を清浄な雰囲気下で密着させ、その後、密着させたボンドウエーハとベースウエーハとを、例えば酸化性雰囲気下で固着熱処理を加えて接合させるが、このようにして接合された２枚のウエーハの外周は、各ウエーハの鏡面研磨によって外周部がダレた形状になっているため、接着時にその部分が隙間となって未接合部を生じることがあり、これを防止するため、接合後に、ボンドウエーハとベースウエーハの両方の外周部にある未接合部を面取り加工により除去し、そして、ボンドウエーハを所定の厚さにするために、平面研削加工を行い、更にその平面研削面を鏡面研磨して半導体接合ウエーハを完成させている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３２８８２号公報（第５−７頁、図４−６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし乍ら、このような従来の半導体接合ウエーハの製造方法では、接合されたウエーハの外周に生じる未接合部を面取り加工により除去するが、この面取り加工の際、固着熱処理時にキャリアガスによって形成された酸化膜が比較的硬いため、面取り加工で使用する研削砥石にかかる負荷が大きくなって該砥石の寿命が短くなるという問題があった。
さらに、加工速度を速めると、ウエーハの外周からチッピングが発生し易くなるため、加工速度を低速にしなければならず、それにより生産性が落ちるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記従来事情に鑑みてなされたもので、砥石の寿命を向上させること、加工速度を高速化すること、などを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述した目的を達成するために、本発明は、熱処理時にキャリアガスによって半導体ウエーハの外表面に形成された酸化膜のうち、該半導体ウエーハの外周面を覆う酸化膜部分と未接合部とを、砥粒粒度が異なる複数の砥石を順次使って段階的に研削加工することにより、酸化膜部分を砥粒粒度の粗い砥石で粗研削し、これに続いて、未接合部を砥粒粒度の細かい砥石で仕上げ研削することを特徴とするものである。
さらに、前記砥粒粒度が異なる複数の砥石を並べて配置し、これら複数の砥石と、接合された半導体ウエーハのいずれか一方を、該砥石の並び方向へ相対的に移動させることで、酸化膜部分及び未接合部の研削加工を行うことが好ましい。
また、前記未接合部を研削加工後に、この研削加工による研削部をエッチング液でエッチング処理することが好ましい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、熱処理時にキャリアガスによって半導体ウエーハの外表面に形成された酸化膜のうち、該半導体ウエーハの外周面を覆う酸化膜部分と未接合部とを、砥粒粒度が異なる複数の砥石を順次使って段階的に研削加工することにより、酸化膜部分を砥粒粒度の粗い砥石で粗研削し、これに続いて、未接合部を砥粒粒度の細かい砥石で仕上げ研削することが可能となり、それに伴って、これら砥粒粒度の異なる砥石にかかる負荷が夫々軽減されるとともに、砥粒粒度の細かい砥石による仕上げ研削で、半導体ウエーハの外周からチッピングが発生し難くなる。
したがって、砥石の寿命を向上させることができ、また加工速度を高速化させることができる。
その結果、未接合部を覆う酸化膜部分と該未接合部を一つの砥石で研削する従来の方法に比べ、大幅に品質、生産性、コストの改善が図れる。
【０００８】
さらに、砥粒粒度が異なる複数の砥石を並べて配置し、これら複数の砥石と、接合された半導体ウエーハのいずれか一方を、該砥石の並び方向へ相対的に移動させることで、酸化膜部分及び未接合部の研削加工を行う場合には、半導体ウエーハの酸化膜部分及び未接合部に対して砥石が切り替わる。
したがって、簡単な構造で粗研削と仕上げ研削を行うことができる。
【０００９】
また、未接合部を研削加工後に、この研削加工による研削部をエッチング液でエッチング処理する場合には、半導体ウエーハ表裏の酸化膜が保護膜として機能し、半導体ウエーハの表裏両面がエッチングされず、研削部のみが所定量エッチングされる。
従って、半導体ウエーハの表裏両面をエッチングせずに研削部の加工歪みや研削部に残った重金属を取り除くことができる。
その結果、接合されたウエーハの外周にある未接合部を面取り加工により除去する従来のものに比べ、短時間で研削部の加工歪み及び重金属を取り除くことができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の半導体接合ウエーハの製造方法の実施形態は、図１（ａ）〜（ｄ）及び図２に示す如く、貼り合わせる少なくとも２枚の半導体ウエーハ１，２の接合面１ａ，２ａを密着し、これに所定温度の熱処理を行うことにより、これら半導体ウエーハ１，２の接合面１ａ，２ａが所望の接合強度に接合させるとともに、この接合された半導体ウエーハ１，２の外表面全体に該熱処理時のキャリアガスによって酸化膜４が形成され、その後、この接合された半導体ウエーハ１，２の外周に生じる未接合部３と、該半導体ウエーハ１，２の外周面１ｃ，２ｃを覆う酸化膜部分４ａとを、砥粒粒度が異なる複数の砥石５を順次使って段階的に研削加工している。
【００１１】
その具体例を説明すると、２枚の同径な半導体ウエーハ１，２として、支持基板となるベースウエーハと、デバイスが作製される側のボンドウエーハを用意し、これらベースウエーハ１及びボンドウエーハ２の接合面１ａ，２ａを鏡面研磨し、これら接合面１ａ，２ａに形成されている自然酸化膜を除去することが好ましい。
【００１２】
このように鏡面研磨された両ウエーハ１，２の接合面１ａ，２ａを、図１（ａ）に示す如く、清浄な雰囲気下で密接させる。
この時、密接させる様子を赤外線透過影像法によって未接着部分（ボイド）が無いことを確認しながら貼り合せることが好ましい。
【００１３】
その後、これら密接されたベースウエーハ１及びボンドウエーハ２の結合を強固にするために、図１（ｂ）に示す如く、約９００℃〜１２００℃で所定時間、好ましくは酸化性雰囲気下で約１１００℃、約２時間程度の固着熱処理（結合熱処理）を施して、該接合面１ａ，２ａ同士の接合強度を高める。
【００１４】
それにより、接合ウエーハＡが作製され、その外表面である接合後のベースウエーハ１及びボンドウエーハ２の表裏両面１ｂ，２ｂ及び外周面１ｃ，２ｃを含む全体に亘って、固着熱処理時のキャリアガスによって酸化膜４が形成される。
【００１５】
また、接合前の鏡面研磨によってベースウエーハ１及びボンドウエーハ２の外周部は、ダレ形状になるため、これらウエーハ１，２を接合した後でも外周部には隙間が生じるので、こうして作製された接合ウエーハＡの外周の約１〜２ｍｍの幅部分には、未接合部３が生じる。
【００１６】
そのため、この接合工程の後に未接合部３を除去する必要が生じ、上述したベースウエーハ１及びボンドウエーハ２の接合後に、図１（ｃ）に示す如く、それらの外表面全体に形成された酸化膜４のうち、ベースウエーハ１及びボンドウエーハ２の外周面１ｃ，２ｃを覆う酸化膜部分４ａと、該未接合部３が含まれる接合ウエーハＡの外周部とを、後述する機械的な研削手段５により研削加工して所定の直径まで縮径している。
【００１７】
この機械的な研削手段５としては、図２に示す如く、例えば面取り治具などの研削治具を用い、砥粒粒度が異なる複数の砥石５ａ，５ｂを設け、これら砥石５ａ，５ｂと接合ウエーハＡのいずれか一方又は両方を、互いに接近又は離隔する方向へ往復動させて、該接合ウエーハＡの外周面１ｃ，２ｃを覆う酸化膜部分４ａと未接合部３を含む接合ウエーハＡの外周部と、砥粒粒度が異なる砥石５ａ，５ｂとを夫々順次当接させることにより、これら酸化膜部分４ａ及び未接合部３を段階的に研削加工して縮径する。
【００１８】
その具体例を説明すれば、これら砥粒粒度が異なる複数の砥石５ａ，５ｂとして番手が大小異なる複数種類を用意し、先ず、主に比較的硬い酸化膜部分４ａと未接合部３を、番手が小さくて粗い砥石５ａで粗研削し、これに続いて、番手が大きくて細かい砥石５ｂで仕上げ研削することが好ましい。
【００１９】
それにより、ベースウエーハ１及びボンドウエーハ２の外周から未接合部３が除去されて、その外周端に研削部６が酸化膜４なしで露出する。
しかし、この研削部６は、加工歪みと砥石５の砥粒からの重金属汚染が生じるおそれがあり、それらを除去する目的で、図１（ｄ）に示す如く、エッチング液７でエッチング処理することが好ましい。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２０】
この実施例１は、前記半導体ウエーハ１，２のベースウエーハ及びボンドウエーハとして、２枚のシリコン基板（例えば直径６インチ、結晶方位＜１００＞）を用意し、これらの接合面１ａ，２ａを密着させ、これに固着熱処理を行うことにより接合させて接合ウエーハＡとした後に、図１（ｃ）及び図２に示す如く、前記研削手段５として面取り治具を用い、それに備えられた番手が異なる２種類の砥石５ａ，５ｂにより、該接合ウエーハＡの外周面１ｃ，２ｃを覆う酸化膜部分４ａと未接合部３を含む接合ウエーハＡの外周部が段階的に端面研削加工と面取り加工され、この加工後に前記研削部６として端面研削部６ａ及び面取り部６ｂ，６ｃがエッチング液７でエッチング処理される場合を示すものである。
【００２１】
接合ウエーハＡは、図示例の場合、回転ホルダ８に対し着脱自在に取り付けられ、この回転ホルダ８を該接合ウエーハＡの中央が中心となるように一方向へ回転させるとともに、後述する面取り治具５へ向け接近又は離隔する方向へ往復動自在に支持し、その接近移動により該接合ウエーハＡの外周面１ｃ，２ｃを、該面取り治具５の砥石５ａ，５ｂのいずれか一方に当接させるようにしている。
【００２２】
面取り治具５は、番手が異なる２種類の砥石５ａ，５ｂを並べて配置し、これら砥石５ａ，５ｂの並び方向へ相対的に移動させることにより、該接合ウエーハＡの外周面１ｃ，２ｃに対して砥石５ａ，５ｂの番手が切り替わるようにしている。
【００２３】
図示例の場合には、面取り治具５が駆動軸５ｃと、それに軸着されるホイール５ｄを備え、このホイール５ｄの外周面に、番手が小さくて粗い砥石５ａと、それよりも番手が大きくて細かい砥石５ｂとを該駆動軸５ｃの軸方向へ並べて配置し、該ホイール５ｄを駆動軸５ｃにより接合ウエーハＡの回転方向と逆に夫々異なる周速度で回転させるとともに、駆動軸５ｃの軸方向へ往復動自在に支持している。
【００２４】
これら砥石５ａ，５ｂは、接合ウエーハＡの外周面１ｃ，２ｃと平行に対向する直線部５ｄと、この直線部５ｄの両端からホイール５ｄの外周面へ向けて接合ウエーハＡの厚さ方向へ徐々に拡開する一対の傾斜部５ｅとを断面凹状に配置し、該直線部５ｄに接合ウエーハＡの外周面１ｃ，２ｃを当接させることで端面研削加工し、各傾斜部５ｅに接合ウエーハＡの外周面１ｃ，２ｃの厚み方向両端部を当接させることで夫々面取り加工している。
【００２５】
そして、上述した面取り治具５の駆動源（図示しない）と接合ウエーハＡが取り付けられる回転ホルダ８の駆動源（図示しない）は、制御部（図示しない）により作動制御され、接合ウエーハＡの外周面１ｃ，２ｃを番手が小さくて粗い砥石５ａの直線部５ｄに所定回転速度で設定時間に亘り当接させた後、番手が大きくて細かい砥石５ｂに所定回転速度で設定時間に亘り当接させ、その後、接合ウエーハＡの外周面１ｃ，２ｃの厚み方向両端部を、番手が大きくて細かい砥石５ｂの傾斜部５ｅに夫々所定回転速度で設定時間に亘り当接させている。
【００２６】
次に、斯かる半導体接合ウエーハの製造方法において研削工程及びそれ以降の工程を順次説明し、それにより得られる作用効果についても説明する。
研削工程では、先ず図２の実線に示す如く、接合ウエーハＡの外周面１ｃ，２ｃと、番手が小さくて粗い砥石５ａの直線部５ｄが対向するように配置された初期状態で、図２の二点鎖線に示す如く、これら両者のいずれか一方又は両方が接近移動して、該接合ウエーハＡの外周面１ｃ，２ｃを覆う酸化膜部分４ａが、番手が小さくて粗い砥石５ａの直線部５ｄに当接する。
【００２７】
それにより、酸化膜部分４ａは番手が小さくて粗い砥石５ａの直線部５ｄで粗研削され、これに続いて、未接合部３を含む接合ウエーハＡの外周部が、該粗い砥石５ａの直線部５ｄで粗研削される。
【００２８】
その後、図２の一点鎖線に示す如く、砥石５ａ，５ｂと接合ウエーハＡのいずれか一方又は両方が、これら砥石５ａ，５ｂの並び方向へ相対的に移動して、未接合部３を含む接合ウエーハＡの外周部が、番手が大きくて細かい砥石５ｂの直線部５ｄに当接する。
【００２９】
それにより、未接合部３を含む接合ウエーハＡの外周部が、細かい砥石５ｂの直線部５ｄで仕上げ研削され、未接合部３を完全に除去して端面研削部６ａが形成される。
【００３０】
その後、図２の二点鎖線に示す如く、砥石５ａ，５ｂと接合ウエーハＡのいずれか一方又は両方が、砥石５ａ，５ｂの並び方向へ若干移動して、接合ウエーハＡの外周面１ｃ，２ｃの厚み方向一端部が、番手が大きくて細かい砥石５ｂの一方の傾斜部５ｅに当接し、それにより該一端部が面取り加工されて、面取り部６ｂが形成される。
【００３１】
これに続いて、砥石５ａ，５ｂと接合ウエーハＡのいずれか一方又は両方が、砥石５ａ，５ｂの並び方向へ逆移動して、接合ウエーハＡの外周面１ｃ，２ｃの厚み方向他端部が、番手が大きくて細かい砥石５ｂの他方の傾斜部５ｅに当接し、それにより該他端部が面取り加工されて、面取り部６ｃが形成される。
【００３２】
実験では、番手が小さくて粗い砥石５ａとして＃４００を用いて粗研削し、番手が大きくて細かい砥石５ｂとして＃８００を用いて仕上げ研削し、これらを段階的に研削回数、研削量、研削速度を変えて、端面研削加工と面取り加工を行った。
また、比較例として＃８００の砥石を用い、同条件で端面研削加工と面取り加工を行った。
これら本発明の＃４００−＃８００の二段研削と、比較例の＃８００のみの一段研削で、各端面研削加工及び面取り加工における研削直径と加工速度を表１に示す。
【００３３】
【表１】
2010105141.tif 000003
【００３４】
それにより、比較例の＃８００のみの一段研削では、加工速度を速めるとチッピングが発生するため、加工速度を低速にする必要があった。
これに対し、本発明の＃４００−＃８００の二段研削に切り換えることで、加工負荷が少なくなるために加工速度を比較例に比べて、１／２に短縮することができた。
【００３５】
さらに、砥石にかかる負荷が軽減されるため、安定して研削できる使用可能な期間（寿命）が、＃８００の砥石のみの比較例の場合は、接合ウエーハの約５００枚程度であったのに対し、本発明の＃４００−＃８００の二段研削に切り換えることで約５，０００枚まで延びた。
また、直径６インチの接合ウエーハの一枚当たりに要する研削時間も比較例が約１０分であったのに対し、本発明の＃４００−＃８００の二段研削に切り換えることで約５分まで短縮できた。
【００３６】
このような研削工程の後に、上記固着熱処理時のキャリアガスによって形成された酸化膜４を接合ウエーハＡの表裏両面１ｂ，２ｂに残したまま、エッチング液７としてフッ酸、硝酸、酢酸などが所定の割合で混合される混酸液中に浸漬すると、端面研削部６ａ及び面取り部６ｂ，６ｃはエッチング処理されるものの、接合ウエーハＡの表裏両面１ｂ，２ｂが酸化膜４で保護されるため、これらの表裏両面１ｂ，２ｂはエッチングされない。
【００３７】
事前に酸化膜４の厚さ寸法とエッチング量の変化に伴って、半導体ウエーハＡの総合厚さ寸法の変化について測定を行ったところ、端面研削部６ａ及び面取り部６ｂ，６ｃを約３０μｍまでエッチングされても、半導体ウエーハＡの総合厚さ寸法は変化せず、これら表裏両面１ｂ，２ｂのシリコンがエッチングされないことを確認できた。
【００３８】
尚、前示実施例では、２枚の半導体ウエーハ１，２の接合面１ａ，２ａを密着させ、これに固着熱処理を施して接合させたが、これに限定されず、３枚以上の半導体ウエーハを接合させても良く、この場合も上述した製造方法と同様に行う。
さらに、研削手段５として面取り治具を用い、番手が異なる２種類の砥石５ａ，５ｂにより酸化膜部分４ａ及び未接合部３を段階的に面取り加工して縮径したが、これに限定されず、面取り治具以外の研削装置を用いたり、３種類以上の砥石で縮径加工するなどしても良い。
また、研削加工後に研削部６をエッチング液７でエッチング処理したが、これに限定されず、エッチング処理しなくても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の半導体接合ウエーハの製造方法の一実施例を示す説明図であり、（ａ）が半導体ウエーハの貼り合わせ状態を示し、（ｂ）が固着熱処理後の状態を示し、（ｃ）が研削加工後の状態を示し、（ｄ）がエッチング処理工程を示している。
【図２】接合ウエーハの回転ホルダと面取り治具の関係を一部切欠示す説明図である。
【符号の説明】
【００４０】
Ａ  接合ウエーハ                        １  半導体ウエーハ（ベースウエーハ）
１ａ  接合面                            １ｂ  表面
２  半導体ウエーハ（ボンドウエーハ）    ２ａ  接合面
２ｂ  表面                              ３  未接合部
４  酸化膜                              ４ａ  酸化膜部分
５ａ，５ｂ  砥石                        ６  研削部
７  エッチング液
【図１】
2010105141.tif 000004
【図２】
2010105141.tif 000005